TWI446218B

TWI446218B - A method of switching the range of interactive pointing devices and a handover fetch for interactive pointing devices

Info

Publication number: TWI446218B
Application number: TW099121575A
Authority: TW
Inventors: Chih Hung Lu; En Feng Hsu; Shih Chi Chien; Ming Tsan Kao; Hsin Chia Chen; Chao Chien Huang; Cho Yi Lin
Original assignee: Pixart Imaging Inc
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2014-07-21
Also published as: US9223386B2; US20120001848A1; TW201201054A

Description

可切換擷取範圍的互動式指向裝置與用於互動式指向裝置的切換擷取範圍的方法

本發明係關於一種互動式指向裝置與指向方法，特別是一種可切換擷取範圍的互動式指向裝置與切換擷取範圍的方法。

近年來，由於科技的發展快速，互動式多媒體設備也跟著越來越普及。互動式多媒體設備可讓使用者與聲音影像進行互動，以達到娛樂之效果。

互動式多媒體設備需要搭配一控制裝置使用。控制裝置除了可以用按鈕來控制外，更進階的控制裝置還具有指向定位及動作感應之技術。指向定位就如同滑鼠一般可以控制螢幕上的游標，而動作感應可偵測三維空間當中的移動及旋轉。

指向定位的技術，需要使用一影像感測元件，來偵測控制裝置所指的方向。然而，一般的影像感測元件皆具有固定的擷取範圍，當影像感測元件所感測的目標物離開其擷取範圍時，影像感測元件將無法順利的進行指向定位。也就是說，使用者必須遷就影像感測元件有限的擷取範圍，來操作此互動裝置。若是擷取範圍過小時，使用者在使用的便利性上將被大幅的限制。

另一方面，若是將擷取範圍擴大，則需要增加影像感測元件在電力的消耗。且影像感測元件電力消耗的幅度與擷取範圍的平方成正比。也就是說，若是將擷取範圍增大為原本的二倍，則其電力消耗則變為原本的四倍。此外，因為上述的控制元件通常為手持式，這些控制元件需電池作為電源。若是電力消耗越多時，其電池的壽命也就越短。

因此，控制裝置在設計上，會遇到擷取範圍的大小與電力消耗之間的矛盾。

鑒於以上的問題，本發明係提出一種可切換擷取範圍的互動式指向裝置。此互動式指向裝置包括一影像擷取元件與一處理單元。一影像擷取元件可操作於一第一擷取範圍與一第二擷取範圍。且影像擷取元件用以擷取一光源，並輸出一影像訊號。當互動式指向裝置至光源的一距離小於一參考值時，處理單元控制影像擷取元件以第一擷取範圍偵測光源，並且處理單元將影像訊號轉換成一第一座標資料。當距離大於一參考值，處理單元控制影像擷取元件以第二擷取範圍偵測光源，並且處理單元將影像訊號轉換成一第二座標資料。

此外，本發明係另外提出一種用於互動式指向裝置的切換擷取範圍的方法，包括以下步驟：提供一影像擷取元件與一處理單元；利用影像擷取元件偵測點光源，並輸出一影像訊號；取得點光源至互動式指向裝置之間的一距離；當距離小於一參考值時，控制影像擷取元件操作於第一擷取範圍以偵測光訊號，處理單元將影像訊號轉換成一第一座標資料。當距離大於參考值時，控制影像擷取元件操作於第二擷取範圍以偵測光訊號，處理單元將影像訊號轉換成一第二座標資料。

綜合以上所述，本發明所提出的互動式指向裝置可自動地改變擷取範圍，以對應不同的擷取角度，以降低互動式指向裝置無法擷取到訊號的狀況。此外，此一互動式指向裝置偵測小範圍時，可以較高的取樣頻率進行偵測。

10‧‧‧互動式指向裝置

20‧‧‧影像擷取元件

30‧‧‧處理單元

40‧‧‧訊號發送元件

60‧‧‧第一擷取範圍

70‧‧‧第二擷取範圍

80‧‧‧主機

90‧‧‧顯示螢幕

92‧‧‧光源

A‧‧‧第一感測角度

B‧‧‧第二感測角度

D1‧‧‧第一距離

D2‧‧‧第二距離

R‧‧‧參考值

『第1圖』係為根據本發明之互動式指向裝置之第一實施例之方塊架構圖；『第2圖』係為根據本發明之影像擷取元件的擷取範圍示意圖；『第3圖』係為根據本發明之互動式指向裝置之第二實施例之方塊架構圖；『第4圖』係為根據本發明之指向裝置應用於互動系統之第一實施例之示意圖；『第5圖』係為根據本發明之指向裝置應用於互動系統之第二實施例之示意圖；以及『第6圖』係為根據本發明之切換擷取範圍之方法流程圖。

以下在實施方式中係進一步詳細說明本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。

請參照『第1圖』與『第2圖』，『第1圖』係為根據本發明之互動式指向裝置之第一實施例之方塊架構圖，『第2圖』係為根據本發明之影像擷取元件的擷取範圍示意圖。互動式指向裝置10包含一影像擷取元件20以及一處理單元30。

影像擷取元件20用以擷取一光源，並輸出一影像訊號。影像擷取元件20可以是一電荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)或是一互補式金屬氧化層半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)。影像擷取元件20擷取光源時，可操作於第一擷取範圍60或第二擷取範圍70。第一擷取範圍60可包括第二擷取範圍70。舉例而言，第一擷取範圍60對應的範圍為160×160個畫素，而第二擷取範圍70對應的範圍為96×128個畫素。

處理單元30電性連接至影像擷取元件20，用以接收來自於影像擷取元件20之影像訊號。處理單元30係將影像擷取元件20在不同時間點輸出的影像訊號加以比對，處理單元30並根據一切換訊號，將影像訊號處理與分析，並產生一座標資料。當互動式指向裝置10至光源的距離小於參考值時，處理單元30控制影像擷取元件20以第一擷取範圍60偵測光源，處理單元30將影像訊號轉換成第一座標資料。當距離大於一參考值時，處理單元30控制影像擷取元件20以第二擷取範圍70偵測光源，處理單元30將影像訊號轉換成第二座標資料。

影像擷取元件20與處理單元30係可整合於一單晶片。

互動式指向裝置10至光源之間的距離，係可由處理單元30進行估計。處理單元30可利用下述之方式進行距離的估計：(一)根據影像訊號中的光源的大小來判斷距離；(二)根據光源至影像擷取元件20的抵達時間來判斷距離；(三)根據影像訊號中的第一點光源與第二點光源的間距來判斷距離。

在第一種方法中，當光源距離互動式指向裝置10越近時，此光源影像擷取元件20上所顯示的面積也就越大，反之亦然。因此，可利用影像擷取元件20上對應為光點的畫素數目進行判斷。當對應於光點的畫素數目越多時，光源距離互動式指向裝置10也就越近。

在第二種方法中，當光源至影像擷取元件20的抵達時間越長時，也就代表光源距離互動式指向裝置10越遠。因此，處理單元30可控制使光源於一固定時間發出訊號，並且計算訊號發出後到此訊號被影像擷取元件20所接收的時間，即可判斷光源至影像擷取元件20的距離。

在第三種方法中，光源係為二個以上的點光源所組成，比如說第一點光源與第二點光源。第一點光源與第二點光源實際上相距一個固定的距離。第一點光源與第二點光源也會被影像擷取元件20所擷取。第一點光源與第二點光源在影像擷取元件20上所顯示的距離，會與光源至影像擷取元件20的距離成正比。也就是說，判斷影像擷取元件20所擷取到的第一點光源與第二點光源之間的距離，即可判斷光源至影像擷取元件20的距離。

請參照『第3圖』，『第3圖』係為根據本發明之互動式指向裝置之第二實施例之方塊架構圖。互動式指向裝置10包含一影像擷取元件20、一處理單元30以及一訊號發送元件40。

訊號發送元件40係電性連接至處理單元30，透過訊號發送元件40，處理單元30所產生的座標資料可以被傳送給一主機。

在此實施例中，訊號發送元件40可以是有線或是無線的訊號收發元件。比如說是符合藍芽規格的無線傳輸元件。

請參照『第4圖』與『第5圖』，『第4圖』係為根據本發明之指向裝置應用於互動系統之第一實施例之示意圖，『第5圖』係為根據本發明之指向裝置應用於互動系統之第二實施例之示意圖。

互動系統包括顯示螢幕90、主機80、光源92與互動式指向裝置10。光源92可配置於顯示螢幕90的上方或下方，並包含多個紅外線光源。互動式指向裝置10內設有可擷取光源92所發出之影像擷取元件20，透過可切換擷取範圍的互動式指向裝置10之影像擷取元件20在不同時間點擷取之光訊號，經過處理單元30計算出相對應之座標，並反映於顯示螢幕90上。

如『第4圖』所示，互動式指向裝置10至光源92距離為一第一距離D1，且第一距離D1小於一參考值R時，互動式指向裝置10具有第一感測角度A。如『第5圖』所示，互動式指向裝置10至光源92距離為一第二距離D2，且第二距離D2大於一參考值R時，互動式指向裝置10具有第二感測角度B。其中，第一感測角度A大於第二感測角度B。

當使用者操作此互動式指向裝置10時，若是互動式指向裝置10由第一感測角度A轉換成第二感測角度B，或是由第二感測角度B轉換成第一感測角度A時，處理單元30所產生的座標資料也需要進行數值轉換的處理。若是座標資料沒有經過數值轉換的處理，因為影像擷取元件20用以擷取的擷取範圍不同，因此輸出的座標資料也會隨著變動。也就是說，假如座標資料沒有經過數值轉換，當互動式指向裝置10由第一感測角度A轉換成第二感測角度B，或是由第二感測角度B轉換成第一感測角度A時，顯示螢幕90上所顯示的游標會快速的跳動，而造成使用者使用上的不便。

因此，處理單元30所輸出的座標值，需要經由座標轉換，才能使互動式指向裝置10不管操作於第一感測角度A或是第二感測角度B之下，都能夠產生相同的座標資料。

此外，當互動式指向裝置10至光源92距離小於一參考值R時，影像擷取元件20係利用第一擷取範圍60擷取訊號。因為第一擷取範圍60大於第二擷取範圍70，因此每次利用第一擷取範圍60擷取訊號將會消耗比較多的電力。為了使影像擷取元件20不管是利用第一擷取範圍60或是第二擷取範圍70都保持固定的電力消耗，當影像擷取元件20利用第一擷取範圍60擷取訊號時，影像擷取元件20會利用較低的取樣頻率進行擷取。而當影像擷取元件20利用第二擷取範圍70擷取訊號時，影像擷取元件20會利用較高的取樣頻率進行擷取。

請參照『第6圖』，『第6圖』係為根據本發明之切換擷取範圍之方法流程圖。

於步驟S101中，提供一影像擷取元件20與一處理單元30。

於步驟S102中，影像擷取元件20用以擷取一光源92，並輸出一影像訊號。處理單元30電性連接至影像擷取元件20，用以接收來自於影像擷取元件20之影像訊號。

於步驟S103中，取得光源92至互動式指向裝置10之間的一距離。取得距離的方法為係可由處理單元30執行。處理單元30可利用下述之方式進行距離的估計：(一)根據影像訊號中的光源92的大小來判斷距離；(二)根據光源92至影像擷取元件20的抵達時間來判斷距離；(三)根據影像訊號中的第一點光源與第二點光源的間距來判斷距離。

於步驟S104中，根據此距離，控制影像擷取元件20操作於第一擷取範圍60或第二擷取範圍70以偵測光源92。也就是說，當此距離小於一參考值R時，影像擷取元件20以第一擷取範圍60偵測此光源92。而當此距離大於一參考值R時，影像擷取元件20以第二擷取範圍70偵測此光源92。

於步驟S105中，根據影像擷取元件20偵測的影像訊號，處理單元30將此影像訊號轉換為第一座標資料或第二座標資料。為了使游標位置保持固定，第一座標資料或第二座標資料需做轉換，使其對應到相同之位置。

綜合以上所述，本發明所提出的互動式指向裝置可自動地改變擷取範圍，以對應不同的擷取角度，以降低互動式指向裝置無法擷取到訊號的狀況。此外，此一互動式指向裝置不管在進行大範圍的偵測或是小範圍的偵測，均可以保持相同的電能消耗。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

Claims

一種可切換擷取範圍的互動式指向裝置，包括：一影像擷取元件，操作於一第一擷取範圍與一第二擷取範圍，以擷取一光源，並輸出一影像訊號；以及一處理單元，當該互動式指向裝置至該光源的一距離小於一參考值時，該處理單元控制該影像擷取元件以該第一擷取範圍偵測該光源，該處理單元將該影像訊號轉換成一第一座標資料，當該距離大於該參考值時，該處理單元控制該影像擷取元件以該第二擷取範圍偵測該光源，該處理單元將該影像訊號轉換成一第二座標資料，其中該第一擷取範圍和該第二擷取範圍係指該影像擷取元件中被致能的畫素數目。
如請求項1所述之可切換擷取範圍的互動式指向裝置，其中該第一擷取範圍包括該第二擷取範圍。
如請求項1所述之可切換擷取範圍的互動式指向裝置，其中該處理單元係根據該影像訊號中的該光源的大小，以判斷該互動式指向裝置至該光源的該距離。
如請求項1所述之可切換擷取範圍的互動式指向裝置，其中該處理單元係根據該光源至該影像擷取元件的一抵達時間，以判斷該互動式指向裝置至該光源的該距離。
如請求項1所述之可切換擷取範圍的互動式指向裝置，其中該光源包括一第一點光源與一第二點光源，該處理單元係根據該影像訊號中的該第一點光源與該第二點光源的一間距，以判斷該互動式指向裝置至該光源的該距離。
如請求項1所述之可切換擷取範圍的互動式指向裝置，其中當該距離小於該參考值時，該處理單元以一第一取樣頻率取樣該影像擷取元件的該影像訊號，當該距離大於該參考值時，該處理單元以一第二取樣頻率取樣該影像擷取元件的該影像訊號，其中該第一取樣頻率小於該第二取樣頻率。
如請求項1所述之可切換擷取範圍的互動式指向裝置，更包括一訊號發送元件，該訊號發送元件用以傳送該第一座標資料或該第二座標資料。
如請求項7所述之可切換擷取範圍的互動式指向裝置，其中該訊號發送元件係相容於一藍芽傳輸標準。
如請求項1所述之可切換擷取範圍的互動式指向裝置，其中該影像擷取元件與該處理單元係整合於一單晶片。
如請求項1所述之可切換擷取範圍的互動式指向裝置，其中該處理單元係將該影像擷取元件不同時間點輸出的該影像訊號比對，以計算該第一座標資料或該第二座標資料。
如請求項1所述之可切換擷取範圍的互動式指向裝置，其中該影像擷取元件係為一電荷耦合元件或是一互補式金屬氧化層半導體。
一種用於一互動式指向裝置的切換擷取範圍的方法，包括：提供一影像擷取元件與一處理單元；利用該影像擷取元件偵測一光源，並輸出一影像訊號；取得該光源至該互動式指向裝置之間的一距離；以及當該距離小於一參考值時，控制該影像擷取元件操作於一第一擷取範圍以偵測該光源，該處理單元將該影像訊號轉換成一第一座標資料，當該距離大於該參考值時，控制該影像擷取元件操作於一第二擷取範圍以偵測該光源，該處理單元將該影像訊號轉換成一第二座標資料，其中該第一擷取範圍和該第二擷取範圍係指該影像擷取元件中被致能的畫素數目。
如請求項12所述之切換擷取範圍的方法，其中該第一擷取範圍包括該第二擷取範圍。
如請求項12所述之切換擷取範圍的方法，其中在取得該光源至該互動式指向裝置之間的一距離的該步驟中，係根據該影像訊號中的該光源的大小，以判斷該互動式指向裝置至該光源的該距離。
如請求項12所述之切換擷取範圍的方法，其中在取得該光源至該互動式指向裝置之間的一距離的該步驟中，係根據該光源至該影像擷取元件的一抵達時間，以判斷該互動式指向裝置至該光源的該距離。
如請求項12所述之切換擷取範圍的方法，其中該光源包括一第一點光源與一第二點光源，其中在取得該光源至該互動式指向裝置之間的一距離的該步驟中，係根據該影像訊號中的該第一點光源與該第二點光源的一間距，以判斷該互動式指向裝置至該光源的該距離。
如請求項12所述之切換擷取範圍的方法，其中該當該距離小於該參考值時，以一第一取樣頻率取樣該影像擷取元件的該影像訊號，當該距離大於該參考值時，以一第二取樣頻率取樣該影像擷取元件的該影像訊號，其中該第一取樣頻率小於該第二取樣頻率。
如請求項12所述之切換擷取範圍的方法，更包括一步驟：傳送該第一座標資料或該第二座標資料。
如請求項12所述之切換擷取範圍的方法，其中該處理單元係將該影像擷取元件不同時間點輸出的該影像訊號比對，以計算該第一座標資料或該第二座標資料。